重型燃气轮机用镍基高温合金通常具有较高的Cr含量，但高Cr含量给合金的成分设计优化带来了困难。特别是，为了避免有害拓扑密排（TCP）相的析出，限制了固溶强化元素W、Mo的含量。本工作采用复杂多组元扩散多元节技术，研究了W、Mo含量变化对燃机用镍基定向高温合金DZ409在900 ℃、1000 h时效条件下γ/γ'两相状态和TCP相析出的影响作用。实验结果表明：当Mo含量不变时，W含量由3.8wt%继续增加至4.3wt%时，γ'相体积分数略有减少，γ'相尺寸减小且形貌保持球形。当W含量超过4.3wt%时，合金中开始析出σ相和P相。当Mo含量由1.4wt%增加至1.6wt%，同时W含量从4.0wt%降至3.3wt%时，γ'相体积分数略有增加，γ'相尺寸减小且形貌保持方形。Mo含量超过1.6wt%后，合金中析出σ相和P相。根据APT尖端重构图和各主要元素的离子分布图可知，W含量增大会促进TCP相析出，添加Mo同时减少W也会促进合金析出TCP相，主要因为W、Cr等元素在γ基体中的富集，使γ相中难熔元素总量超过γ基体固溶极限。

熔模精铸大型复杂厚壁钛合金机匣是重型燃气轮机的核心部件之一，该铸件具有轮廓高、壁厚大和形状复杂等特征，存在整体成形困难、缩松缩孔缺陷多、尺寸精度低等难题，限制了高功率燃气轮机的装配和使用。本工作采用ProCAST软件开展了离心铸造过程凝固温度场和流场研究，通过分析模拟结果确定了潜在的孤立液相区范围，根据离心铸造特性推导出用于设计螺旋形横浇道和倾斜冒口的数学模型，基于此构建了集合排气集渣、调节流量和优化温度场的一体化浇注系统结构，能够有效降低凝固缺陷。进一步，开发了蜡模分体拼接方案，同时构筑了直浇道、横浇道、内浇道截面积比例为1∶2.5∶6的浇注系统蜡模树组，结合尺寸定型和型壳加固工装，最终获得了充填完整、冶金质量良好和尺寸精确的优质铸件。为重型燃气轮机的钛合金机匣规模化制造提供了有效的技术指导，其浇注系统构型对于其他大型复杂厚壁钛合金铸件也有一定参考价值。

研究了搅拌摩擦加工速比因子对Al-3Mg-0.1Sc-0.1Zr合金显微组织、显微硬度和超塑性能的影响。结果表明，随着速比因子和热输入的增加，搅拌区面积增大，晶粒尺寸变大，动态再结晶更加充分，而搅拌区硬度峰值降低。不同速比因子加工的合金在温度为475 ℃、应变速率为10^-2 s^-1的条件下进行拉伸实验时均发生高应变速率超塑性，并观察到3种类型的真应力-真应变曲线。其中速比因子为4的合金延伸率最高，达到2500%，且在拉伸断裂前产生明显的应变硬化，这将改善常见的超塑性成形后期应力软化流失现象，表现出较高的工程应用价值。优异的超塑性主要归因于热稳定性好的等轴细晶以及高比例的大角度晶界组织，基于晶粒长宽比、孔洞演变以及断口侧面形貌分析，各速比因子下合金超塑性变形的主要机制为晶界滑移。

以在第4代核能系统具有重要应用背景的Inconel617合金为对象，采用热力学计算、SEM、TEM、EBSD和高温拉伸测试等手段，研究了Mo含量对Inconel617晶界碳化物析出和高温拉伸性能的影响。结果显示，当Mo含量为8wt%~9wt%时，合金晶界仅存在细小的颗粒状M₂₃C₆，而当Mo含量为9.3wt%~9.6wt%时，合金晶界上观察到大量粗大的块状M₂₃C₆和M₆C。随Mo含量由8wt%增加到9.6wt%，合金的伸长率呈现出先增大后减小的趋势，其中含8.5wt%~9.3wt% Mo的合金表现出良好的强塑性匹配。断口观察分析表明，由于颗粒状M₂₃C₆对晶界有较好的强化作用，合金高温拉伸断口呈现穿晶断裂特征，而当晶界处析出大尺寸M₆C和M₂₃C₆时，会促进沿晶裂纹形成，导致高温拉伸断口开始出现沿晶断裂特征。面向第4代核能系统高温部件应用的Inconel617合金Mo含量应不超过9.3wt%，建议控制在8.5wt%~9wt%。

设计了不同的热处理制度，通过SEM、EDS、TEM以及拉伸实验等方法研究了不同制度下GH4698合金的组织演变及750 ℃拉伸性能，为合金微观组织调控和力学性能优化提供参考。结果表明：多级热处理制度使合金中γ'相尺寸呈多峰分布，其中小尺寸γ'相对合金强度有利，大尺寸γ'相利于提高合金塑性。在750 ℃下，经1030 ℃/4 h，AC+1000 ℃/4 h，AC+875 ℃/16 h，AC+725 ℃/16 h，AC热处理的合金析出3种尺寸的γ'相，合金晶内与晶界的强度得到协调，促进了位错滑移的传递，使合金塑性提升，具有最佳的综合力学性能，抗拉强度为706 MPa，断后伸长率达到9.3%。

采用SEM、EBSD研究了不同热处理工艺、不同合金状态以及去应力退火工艺对4777DS合金再结晶缺陷的影响。合金不同热处理温度下保温后观察再结晶的情况表明：合金发生再结晶的温度为1055 ℃，热处理温度高于γ'相溶解温度时，再结晶呈现等轴再结晶形貌，而低于γ'相溶解温度时则呈现胞状再结晶形貌。随着热处理时间的延长，大角度晶界占比减少，产生的退火孪晶有助于降低畸变能。对比不同合金初始状态发生再结晶的情况可以发现，铸态合金发生再结晶的倾向最大，结合工程实际，发现较短时间的退火可有效地降低合金再结晶的情况。

为了设计适用于颈椎植入物的多孔钛合金结构，根据颈椎受压缩、压缩-剪切、压缩-扭转、压缩-弯曲等不同受力情况，利用拓扑优化和CAD相结合的方法构建出4种单胞结构TO-C、TO-CS、TO-CT、TO-CB，并通过压缩仿真进行力学性能分析；最后对采用激光粉末床熔融技术制备的孔隙率60%多孔试件进行了准静态压缩试验。有限元仿真和压缩试验结果共同表明，4种多孔结构的抗压性能和弹性模量均满足人体骨植入物的需求，其中，TO-CB结构的抗压性能最优，适用于作为多孔钛合金颈椎植入物。

通过控制镍基变形高温合金锻造和热处理工艺，制备了粗晶体积分数为0%~100%的混晶组织，测试了不同混晶组织730 ℃/530 MPa的持久性能变化，获得了混晶组织对合金持久性能的影响规律与机制。结果表明：经730 ℃/530 MPa持久性能测试后，粗晶体积分数为0%~100%的混晶组织表现出差别较大的持久性能，粗晶体积分数15%的混晶组织持久寿命最短，粗晶体积分数100%的粗晶组织持久寿命最长；较低粗晶体积分数0%~15%的混晶组织试样高温持久断口呈现出典型的韧性断裂特征，而较高粗晶体积分数50%~100%的混晶组织试样持久断口呈现出沿晶断裂特征。所有混晶组织试样高温持久变形均以位错运动主导的晶内变形和晶界滑移为变形机制，但随着粗晶体积分数改变，{111}晶面上强织构及粗、细晶粒内部位错分布均产生变化，位错塞积与晶界滑移诱导的应力集中和孔洞形核倾向存在差异，影响了合金的高温持久性能。

选用Al-Ga-Mg-Sn块体可溶铝合金，采用“一步法”湿法冶金技术，以有机酸（草酸、苹果酸、乙酸）溶液、无机酸（硝酸）溶液作为浸出剂，研究酸浸出的浸出剂种类、pH值、温度和浓度对制氢过程中Ga回收率的影响。回收结果发现：在温度为70 ℃，浸出剂浓度为0.2 mol·L^-1时，有机酸溶液均能回收Ga，且回收效果为草酸（86.88%）>苹果酸（73.40%）>乙酸（13.17%）；而无机酸（硝酸）溶液无法回收Ga。草酸为浸出剂，初始pH值约为3.8，低温高浓度（70 ℃/0.3 mol·L^-1）下回收率为94.38%；高温低浓度（90 ℃/0.2 mol·L^-1）下回收率为93.78%。为探究Ga的浸出行为，对Al-Ga-Mg-Sn水解过程中pH值变化、回收物Ga的形态、生成物溶液中固体颗粒粒径与Zeta电位进行测试分析，结果表明：Ga回收率随着生成物粒径的减小而增大，随着Zeta电位绝对值的增大而增大。草酸浸出剂的高回收率（94.38%）对应生成物粒径为155 nm，Zeta电位值为-31.29 mV。

研究了添加1at%前过渡族金属（M=Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo）对Fe_84.5B₁₃Cu_1.5M₁合金快淬结构、晶化组织以及磁性能的影响规律，探讨了不同M影响合金结构及其磁性能的机理。结果表明，除M=Zr快淬合金为完全非晶态外，其余合金均有平均晶粒尺寸（d_α-Fe）小于10 nm的高数密度（N_d）的预存α-Fe晶粒弥散分布于非晶基体中；M掺杂可不同程度降低合金中预存α-Fe的N_d和d_α-Fe，降幅顺次为Cr<V<Mo<Nb<Ti<Zr，与M元素增大合金的原子尺寸错配度和负混合焓值而提升非晶形成能力的程度呈正相关。M掺杂对热处理后获得的α-Fe相/非晶纳米复相组织和磁性能影响显著，相较于Fe_85.5B₁₃Cu_1.5，M=V/Cr/Nb/Mo合金的α-Fe平均晶粒尺寸（D_α-Fe）和矫顽力（H_c）降低，而M=Ti/Zr合金的D_α-Fe和H_c增加；掺杂合金的饱和磁感应强度（B_s）均略有减小；其中，M=Mo合金具有最佳的纳米晶组织和软磁性能，其D_α-Fe、H_c和B_s分别为14.9 nm、8.3 A/m和1.84 T，显著优于Fe_85.5B₁₃Cu_1.5合金的17.9 nm、22.1 A/m和1.90 T。掺杂Mo实现了快淬合金中预存α-Fe晶粒的N_d和d_α-Fe的优化匹配，增强了热处理晶化过程中的α-Fe晶间协调竞争生长效应，有效细化了纳米晶组织，因而降低磁晶各向异性，提高软磁性。